微型计算机和微处理器的发展.ppt

微型计算机和微处理器的发展计算机发展概况计算机发展概况 电子管电子管→晶体管晶体管→集成电路集成电路→VLSI•第一代第一代——电子管计算机电子管计算机 1946年，第一台计算机在美国诞生年，第一台计算机在美国诞生•第二代第二代——晶体管计算机晶体管计算机•第三代第三代——集成电路计算机集成电路计算机 微处理器的诞生与发展微处理器的诞生与发展•第四代第四代——超大规模集成电路计算机超大规模集成电路计算机Intel公司公司• Intel公司成立于公司成立于1968年创始人创始人: 格鲁夫格鲁夫（左）（左） 诺依斯诺依斯（中）（中） 摩尔摩尔（右）（右） 是微电子业界的梦幻组合是微电子业界的梦幻组合摩尔定律摩尔定律•摩尔预言，晶体管的密摩尔预言，晶体管的密度每过度每过18个月个月就会翻一就会翻一番，这就是著名的摩尔番，这就是著名的摩尔定律第一代微处理器第一代微处理器（（4位机和低档位机和低档8位机）位机）•Intel 4004 1971年年1月，月，Intel公司研制成功世界上公司研制成功世界上第一片微处理器芯片第一片微处理器芯片Intel 4004，微处理器，微处理器和微机时代从此开始。

和微机时代从此开始　　 4004是个是个四位四位系统，只有系统，只有2300个晶体个晶体管，时钟频率在管，时钟频率在108KHz，每秒执行，每秒执行6万条万条指令（指令（0.06 MIPs)•Intel 8008 1972年年4月，开发出第一个月，开发出第一个8位微处理器位微处理器Intel 8008第二代微处理器（中、高档第二代微处理器（中、高档8位机）位机）•Intel 8080 1973年年8月，研制出月，研制出8位位微处理器微处理器Intel 8080，以，以N沟道沟道MOS电路取代了电路取代了P沟道，使沟道，使用了基于用了基于6微米微米技术的技术的6000个晶体管个晶体管主频主频2MHz的的8080芯片运算速度比芯片运算速度比8008快快10倍，可存取倍，可存取64KB存储器，处理速度为存储器，处理速度为0.64MIPS 第二代微处理器（中、高档第二代微处理器（中、高档8位机）位机）•1976年年,Intel 发布发布8085处理器处理器•当时，当时，Zilog、、Motorola和和Intel在微处理器领域三足鼎立在微处理器领域三足鼎立 Zilog公司于公司于1976年开发出年开发出Z80微处理器，广泛用于微型计算微处理器，广泛用于微型计算机和工业自动控制设备。

机和工业自动控制设备 Motorola开发出开发出MC6800微处理微处理器Apple计算机计算机• 1976年年 ，，Apple计算机公司计算机公司开发出微型计算机开发出微型计算机Apple I ，， Apple II Apple II是第一个带有是第一个带有彩色彩色图形图形的个人计算机，的个人计算机， 是是IBM PC机问世之前世界上最流行的微型机问世之前世界上最流行的微型计算机 Apple II及其系列改进机型及其系列改进机型风靡一时，这使风靡一时，这使Apple成为微型成为微型机时代最成功的计算机公司之一机时代最成功的计算机公司之一第三代微处理器（第三代微处理器（16位机）位机） • Intel 8086和和8088 1978年，年，Intel推出推出4.77MHz的的8086微处理器，集微处理器，集成了成了 29000个个3微米微米技术的晶体管，采用技术的晶体管，采用16位寄存器位寄存器和和16位位数据总线，数据总线，20位位地址总线地址总线 1年之后年之后, Intel推出推出4.77MHz的准的准16位微处理器位微处理器8088，，它是它是8086的廉价版本的廉价版本 。

内部以内部以16位运行，但位运行，但支持支持8位数据总线位数据总线 IBM公司公司1981年生产的第一台年生产的第一台电脑就是使用的这种芯片电脑就是使用的这种芯片• 1979年，年，Motorola推出推出M68000 16位微处理器，位微处理器，它因采用了它因采用了68000个晶体管而得名个晶体管而得名IBM PC•1981年年8月，月，IBM公司在纽约宣布公司在纽约宣布第一台第一台IBM PC诞生诞生 ，这也标志着，这也标志着x86架构和架构和IBM PC 兼容电脑的产兼容电脑的产生 第一台第一台IBM PC采用了主频为采用了主频为4.77MHz的的Intel 8088，操作系统，操作系统是是Microsoft提供的提供的MS-DOS IBM将其命名为将其命名为“个人电脑个人电脑（（Personal Computer））”，其缩，其缩写写“PC”成为所有个人电脑的代名成为所有个人电脑的代名词 第三代微处理器（第三代微处理器（16位机）位机）•1982年，年，Intel推出推出80286处处理器，集成了大约理器，集成了大约13.4万万个个晶体管晶体管,最大主频为最大主频为20MHz,采用采用16位位数据总线和数据总线和24位位地地址总线。

址总线 两种工作模式两种工作模式：实模式：实模式, 保护模式保护模式 第四代微处理器（第四代微处理器（32位机）位机）• 1985年，年，Intel推出推出80386 微处微处理器理器(最高最高33MHz 主频主频)，集成，集成275,000个晶体管个晶体管 具有具有32位数据线、位数据线、32位地址线位地址线（可以直接访问（可以直接访问4G字节的内存）字节的内存） 工作模式：工作模式：实模式、保护模式、实模式、保护模式、虚拟虚拟86模式模式（可以同时模拟多个（可以同时模拟多个8086处理器来加强多任务处理能力）处理器来加强多任务处理能力） 具有比具有比80286更多的指令集更多的指令集第四代微处理器（第四代微处理器（32位机）位机）•1989年年4月，月，Intel推出推出 80486微处理器集成了微处理器集成了120万万个个 晶体管晶体管,使用使用1微米微米的制造工艺的制造工艺 486其实就是其实就是80386+80387协处理器协处理器+8KB一级缓存一级缓存,是是超级版本的超级版本的386。

第五代微处理器（第五代微处理器（64位机）位机）•1993年，英特尔公司的年，英特尔公司的Pentium(奔腾奔腾)问世，采用问世，采用0.6微米工艺，集成微米工艺，集成310万万只晶体管只晶体管•64位位数据线、数据线、32位位地址线，地址线，16KB的的cache，采用，采用超标超标量量结构•时钟频率从最初的时钟频率从最初的60MHz、、66MHz ，一直上升到，一直上升到133MHz ，处理速度，处理速度比比486快快6~8倍倍第五代微处理器（第五代微处理器（64位机）位机）• 1995年，年，Intel推出了推出了Pentium Pro处理处理器，集成了器，集成了5.5 M个晶体管个晶体管Pentium Pro的工作频率有的工作频率有150/166/180和和200MHz四种，四种，都具有都具有16KB的一级缓存和的一级缓存和256KB的的二级缓二级缓存 Pentium Pro采用了采用了“PPGA” 封装技封装技术即一个术即一个256KB的二级缓存芯片与的二级缓存芯片与Pentium Pro芯片封装在一起芯片封装在一起 ，这样就使，这样就使高速缓存能更容易地运行在更高的频率上。

高速缓存能更容易地运行在更高的频率上第五代微处理器（第五代微处理器（64位机）位机）•1997年，年，Intel推出推出Pentium MMX Pentium MMX增加了增加了片片内内16KB数据缓存数据缓存、、16KB指令缓指令缓存存和和4路写缓存，特别新增加了路写缓存，特别新增加了57条条MMX多媒体指令（多媒体指令（专门用来专门用来处理音频、视频等数据处理音频、视频等数据 ））比普通通CPU处理多媒体的能力提高了处理多媒体的能力提高了60％左右 其工作频率有其工作频率有166MHz、、200MHz、、233MHz三种 第五代微处理器（第五代微处理器（64位机）位机）• 1997年年4月月,英特尔发布了英特尔发布了Pentium II处理器内部集处理器内部集成了成了750万万个晶体管，并整合了个晶体管，并整合了MMX指令集技术指令集技术 Pentium II架构已经从架构已经从Socket 7转成转成Slot 1，并首次，并首次引入了引入了S.E.C封装封装(Single Edge Contact)技术，将高速技术，将高速缓存与处理器整合在一块缓存与处理器整合在一块PCB板上。

板上Slot 1的的Pentium II晶体管数为晶体管数为900万其工作频率可达万其工作频率可达333MHz 第五代微处理器（第五代微处理器（64位机）位机）•1999年年1月，月，Intel推出推出奔腾奔腾III处理器，它采用处理器，它采用0.25微米微米制制造工艺，拥有造工艺，拥有32K一级缓存和一级缓存和512K二级缓存，包含二级缓存，包含MMX指令和指令和Intel自己的自己的“ 3D”指令指令SSE此外其身份代码还可此外其身份代码还可通过通过Internet读取•1999年年10月，月，Intel推出了基于推出了基于0.18微米微米工艺制造的工艺制造的Pentium III处理器处理器 ，，工作频率高达工作频率高达733MHz 第五代微处理器（第五代微处理器（64位机）位机）• 2000年年11月，月，Intel 发布了发布了Pentium4Pentium4采采用用0.18微米铝导线微米铝导线工艺主频可达工艺主频可达1.7GHz和和1.8GHz Pentium 4抛弃了抛弃了Intel沿用了多年的沿用了多年的P6结构，采用了结构，采用了新的新的 NetBurst CPU结构结构 。

其优点：其优点：20段的超级流水线、段的超级流水线、高效的乱序执行功能、高效的乱序执行功能、2倍速的倍速的ALU、新型的片上缓存、、新型的片上缓存、SSE2指令扩展集和指令扩展集和400MHz的前端总线等的前端总线等 Intel很快又开发出很快又开发出0.13微米微米工艺的工艺的Pentium4芯片，芯片，其主频有了很大飞跃，其主频有了很大飞跃， 31级流水线级流水线设计，配备设计，配备16KB的的一级数据缓存和多达一级数据缓存和多达1MB的二级缓存的二级缓存 •20042004年年IntelIntel推出推出90nm90nm工艺的工艺的Pentium 4EPentium 4E处理器，集成了处理器，集成了1 1亿亿个晶体管个晶体管支持支持超线程超线程技术，技术，800MHz前端总线和前端总线和1MB二级缓存二级缓存 •但工艺的提升，没有使得功耗降低，主频提升，因为芯片但工艺的提升，没有使得功耗降低，主频提升，因为芯片中晶体管数量的增加使得二氧化硅绝缘层变得更薄，进而中晶体管数量的增加使得二氧化硅绝缘层变得更薄，进而导致泄漏电流，增加了芯片的额外功耗导致泄漏电流，增加了芯片的额外功耗。

•2005年，年，Intel迅速推出了迅速推出了65nm工艺工艺 的的Pentium Extreme Edition 955双核处理器双核处理器•无论在制造工艺还是架构变革方面都有了非常大改进，包无论在制造工艺还是架构变革方面都有了非常大改进，包括括独立的双独立的双L2 Cache设计•在在漏电方面漏电方面也有非常显著的也有非常显著的改进改进多核处理器多核处理器多核处理器多核处理器•20072007年，年，IntelIntel推出推出45nm 45nm 多核多核处理器，包括双核、四核共处理器，包括双核、四核共7 7款芯片•双核双核版建版建 4.1 4.1 亿亿个晶体管，个晶体管，四核四核版则有版则有8.28.2亿亿个晶体管个晶体管•微架构微架构经强化后，在相同频率下较上代经强化后，在相同频率下较上代CoreCore产品拥有更高产品拥有更高性能，同时性能，同时L 2 CacheL 2 Cache容量亦容量亦提升提升50%50%，明显提高数据读取，明显提高数据读取执行的命中率此外，亦加入执行的命中率此外，亦加入4747条条全新全新Intel Intel SSE4SSE4指令指令，，提高多媒体性能和实现高性能运算应用。

提高多媒体性能和实现高性能运算应用•2010年年1月月8日，英特尔在北京举行了题为日，英特尔在北京举行了题为“以智变以智变 应万变应万变”的全新的全新32nm 双核双核4线程线程 酷睿处理器（酷睿处理器（酷睿酷睿i7/i5/i3）发布会•酷睿酷睿i7/i5处理器拥有独特的处理器拥有独特的英特尔睿频加速技术，英特尔睿频加速技术，能够根据工作负载能够根据工作负载动态、智能地调节频率和性能，在工作量较大时能实现按需提升频率动态、智能地调节频率和性能，在工作量较大时能实现按需提升频率自动加速自动加速（原始主频（原始主频2.66GHz可加速到可加速到3.33GHz）） •酷睿酷睿i7/i5/i3处理器使用处理器使用英特尔超线程技术英特尔超线程技术，让每个内核同时运行双重，让每个内核同时运行双重任务，实现高效、智能的多任务处理任务，实现高效、智能的多任务处理 •2010年年2月，月，Intel推出推出32nm工艺的六核处理器工艺的六核处理器 酷睿酷睿i7-780 ，开发代，开发代号为号为Gulftown主频3.6GHz，搭配，搭配12MB三级缓存三级缓存，每个核心可以，每个核心可以运行两个线程，即最多可以同时运行两个线程，即最多可以同时运行运行12个线程个线程。

此外，还此外，还支持支持DDR3内存 总总 结结•微处理器的发展史虽然不过微处理器的发展史虽然不过30余年余年，但在这，但在这30余余年里微处理器的发展历程却是天翻地覆的变化年里微处理器的发展历程却是天翻地覆的变化从从Intel的的4004开始，到开始，到Intel、、AMD、、Cyrix三足三足鼎立，到鼎立，到Intel一家独大，再到现在一家独大，再到现在Intel、、AMD分分庭抗衡•CPU将向速度更快、将向速度更快、64位结构、多核方向前进位结构、多核方向前进CPU的制作工艺更加精细，的制作工艺更加精细，90纳米、纳米、65纳米、纳米、45纳米、纳米、32纳米纳米……。